用于增强哈茨木霉（Trichoderma harzianum）持效性与蓖麻灰霉病可持续防控的可生物降解纳米复凝聚体包封体系

《Environmental Technology & Innovation》：Biodegradable nano-coacervate encapsulation of Trichoderma harzianum for enhanced persistence and sustainable control of gray mold in castor

　　

由 Amphobotrys ricini 引起的灰霉病（gray mold）是蓖麻（castor）生产的主要限制因素，而微生物生物防治剂（biocontrol agents, BCAs）持效性有限及田间表现不稳定限制了其商业化应用。研究人员开发了一种可生物降解壳聚糖（chitosan, Cts）–木质素磺酸盐（lignosulphonate, Ls）纳米复凝聚体（nano-coacervate）制剂（Bioacer-T），用于包封和递送哈茨木霉（Trichoderma harzianum）以提高其稳定性、持效性与生物活性。该纳米复凝聚体（约41 nm）包封效率达99.5%，其形成经透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）与傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）确认。Bioacer-T 在0.7–1.0%浓度下完全抑制 Amphobotrys ricini 菌丝生长并显著降低分生孢子萌发。离体组织测定中灰霉病发病率降至16.6%，且相较常规哈茨木霉悬浮浓缩剂具有更优的360天贮藏稳定性与叶围持效性。田间条件下，Bioacer-T 有效抑制灰霉病、维持较高叶绿素状态、提高种子产量与经济收益；Bioacer-T 与丙环唑（propiconazole）联用处理产量最高（1091 kg ha-1）、效益成本比（benefit–cost ratio）为2.9。Bioacer-T 对可培养叶围微生物群落仅引起中等程度改变，同时维持高于常规制剂的哈茨木霉种群。综上，该可生物降解壳聚糖–木质素磺酸盐纳米复凝聚体是提升哈茨木霉稳定性、持效性及田间防效的有前景微生物递送平台，可支撑蓖麻灰霉病综合治理。

研究背景方面，集约化依赖化学农药会导致环境污染、生物多样性丧失、农药残留及病原菌抗药性群体出现，而哈茨木霉（Trichoderma harzianum）虽可通过重寄生、营养与生态位竞争、水解酶及抗真菌代谢产物分泌、诱导寄主防御等机制抑制多种植物病原真菌，但紫外辐射、温度波动、干旱、降雨和微生物竞争等田间逆境会快速降低其繁殖体活力，导致叶围定殖差、生物防治效果不稳定。壳聚糖（chitosan, Cts）具有成膜性、抗菌性和诱导防御能力，木质素磺酸盐（lignosulphonate, Ls）是制浆造纸工业可再生副产物，具分散、稳定和环境相容性；二者通过静电相互作用形成纳米复凝聚体（nano-coacervate），有望保护活体微生物并提升递送效率。此前研究人员已建立壳聚糖–木质素磺酸盐纳米复凝聚体用于向日葵白粉病和花生叶斑病人工防控，但其对蓖麻高毒力病原 Amphobotrys ricini 所致灰霉病、长期叶围持效性、与原生叶围微生物兼容性、叶绿素维持及田间规模表现尚未被系统研究。因此，研究人员以已开发的 Bioacer-T 为对象，评价其理化适应性、抗真菌活性、货架期、叶围持效性、叶围微生物影响、田间防效、生产力及经济表现。

主要关键技术方法方面，研究人员以同一哈茨木霉分离物 Th4d 构建空白纳米复凝聚体 Bioacer 与载菌制剂 Bioacer-T，并以实验室开发并已商业化的 Th4d 20% SC 悬浮浓缩剂作对照；采用 TEM 与 FTIR 确认颗粒形态与聚合物相互作用，按 CIPAC 标准测定 pH、水分、润湿、分散和悬浮性；以 poisoned food 技术与分生孢子萌发试验评价体外抗真菌活性；以感病蓖麻杂交种 DCH-519 的离体蒴果和离体穗进行灰霉病保护测定；在 ICAR–Indian Institute of Oilseeds Research, Hyderabad 采用随机区组设计开展田间试验，人工接种 Amphobotrys ricini 后评估病害、SPAD 叶绿素、种子产量与效益成本比；贮藏与田间持效性用 Trichoderma Selective Medium 系列稀释平板计数菌落形成单位（colony-forming units, CFU）。

研究结果方面，3.1 制备与表征：研究人员通过复凝聚制备 Cts–Ls 纳米体系，TEM 显示 Bioacer 平均33.98 nm、Bioacer-T 平均40.86 nm，FTIR 显示 O–H、N–H、C=O、S=O 吸收带位移证明聚合物强相互作用，包封效率99.5%，Bioacer-T 水分3.2%、分散性94.0%、悬浮性91.37%，适于叶面施用。3.2 体外抗真菌：poisoned food 测定中 Bioacer 几乎无活性，Bioacer-T 在0.15%抑制10.0%，0.7%与1.0%完全抑制菌丝生长；分生孢子萌发测定中1.0%处理48 h萌发率低于10%，说明包封未削弱哈茨木霉抗真菌能力。3.3 离体保护效力：离体蒴果中1.0% Bioacer-T 把灰霉病发病率降至16.6%；离体穗测定中 Bioacer-T 加丙环唑处理病害严重度最低（10.9%），表明生物防治剂与杀菌剂有相加或互补效应。3.4 货架期与持效性：360天常温贮藏后 Bioacer-T 中哈茨木霉约12.3 log CFU g^-1，常规制剂由约11.5降至7.0 log CFU g^-1；田间叶围30天内地 Bioacer-T 维持6.4–6.8 log CFU g^-1，常规制剂由6.3降至6.0 log CFU g^-1，证明纳米复凝聚体提升贮藏与田间持效性。3.5 叶围微生物影响：喷后30天，Bioacer-T 处理下可培养真菌由22×10⁶降至2×10⁶ CFU g^-1、细菌由27×10⁶降至2×10⁶、放线菌由8×10⁶降至1×10⁶，降幅大于常规制剂；壳聚糖抗菌性及载菌体系竞争可解释该现象，但同时维持较高哈茨木姆种群。3.6 田间评价：3.6.1 田间分生孢子萌发，1天处理后1.0% Bioacer-T 限萌发至7%，Bioacer-T 加丙环唑仅5%，7天时仍低于常规制剂与空白纳米载体；3.6.2 发病率与严重度，Bioacer-T 加丙环唑发病率15.3%、严重度11.6%，优于单用 Bioacer-T 与常规悬浮剂；3.6.3 田间持效性，1.0% Bioacer-T 单用或加丙环唑维持6.7 log CFU g^-1，常规制剂6.3 log CFU g^-1，单用丙环唑和未处理对照无哈茨木霉回收；3.6.4 生理响应，Bioacer-T 加丙环唑 SPAD 44.0、单用42.4，未处理31.3，说明病害胁迫下叶绿素维持更好；3.6.5 农艺与经济，Bioacer-T 加丙环唑种子产量1091 kg ha^-1、效益成本比2.9，常规 Th4d 20% SC 为805 kg ha^-1和2.6，证明纳米包封转化为更高生产力与回报。

讨论与结论部分，研究人员指出 Bioacer-T 的优效来自纳米复凝聚体基质保护与哈茨木霉既有生防机制协同：竞争营养与侵染位点、重寄生、水解酶和 antifungal metabolites 分泌、分生孢子萌发与病原定殖受抑；壳聚糖还可能具抗菌与诱导防御作用，但本研究未直接验证。与海藻酸、明胶、聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）等载体相比，Cts–Ls 体系在贮藏稳定性、叶围持效性和生物降解性上更具优势。叶围可培养微生物下降不代表整体微生物组崩溃，仍需培养非依赖方法评估生态后果。单点单季人工接种田间试验支持 Bioacer-T 可有效管理蓖麻灰霉病，但需多地点多季节验证。结论为：可生物降解壳聚糖–木质素磺酸盐纳米复凝聚体（Bioacer-T）能高效包封哈茨木霉（Trichoderma harzianum），提升其体外抗真菌活性、360天贮藏稳定性、叶围持效性、离体与田间灰霉病防控能力，维持较高叶绿素状态并提高种子产量与经济效益；Bioacer-T 与丙环唑（propiconazole）集成处理防效和收益最高；该体系是支撑蓖麻灰霉病综合治理的有前景微生物递送平台。论文发表于《Environmental Technology》。